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          ABS材料與電鍍層之間的拉脫力

          發布日期:2014-4-2  點擊次數:3566

          在電鍍后,造成材料與電鍍層脫離的力稱之為拉脫力。這個力是由于樹脂材料與金屬鍍層的形變率存在較大差異造成的。所謂形變率,這里指材料的體積收縮和膨脹程度的大小。由于材料的分子排列的原因,有機高分子材料的形變率比金屬材料的形變率要大?梢酝ㄟ^比較ABS材料和金屬的彈性模量E和線膨脹系數alin來比較兩種材料的形變率.
                   彈性模量 E=應力/應變
                   線膨脹系數alin=1/3v*(△ v/ △ T)P            
                    v表示材料的體積
                    T表示材料的溫度
          線膨脹系數alin表示材料體積隨溫度升高而增大的比例. alin值越大,則升高同樣溫度時體積膨脹越大.
             下面是ABS材料和金屬鍍層各金屬材料的彈性模量和線膨脹系數:
          銅 1.23×10*5 ; 16.6×10*-6
          鎳 2.01×10*5 ; 12.8×10*-6
          鉻 2.48×10*5 ; 8.2×10*-6
          ABS樹脂 1,900~4,000 ; 60~95×10*-6
          ABS材料的線膨脹系數比金屬材料大的多,說明在溫度變化時,ABS材料的體積變化率要比金屬材料要大.因此,在電鍍工藝中要求對金屬鍍層的厚度作嚴格管控.鍍層厚度的一般要求: 銅≥9um,鎳≥6um,鉻≥0.3um,總厚度≤45um 。因為低溫環境發生的龜裂造成龜裂的原因在于金屬層的剛性妨礙了樹脂的收縮,因此,應使金屬層的厚度變薄,降低束縛力。
              在塑膠材料與電鍍層之間的結合力不變的條件下,當兩相間界面的拉脫力大于兩相結合力時,兩相就會出現脫離現象。而塑膠的形變率越大,則產生的拉脫力越大。造成材料形變的原因主要是高分子材料的分子鏈之間的間隙發生了變化。從微觀角度來看,每種材料(包括金屬材料,無機材料和有機高分子材料)的分子之間都存在一定的間隙。高分子的分子鏈間的間隙稱為自由體積,根據自由體積理論,高聚物的體積由兩部分構成:分子鏈自身的體積,分子鏈間的自由體積。

          自由體積理論
          引起高分子自由體積變化的原因有兩個;溫度和分子鏈取向。在高分子的分子鏈取向不發生變化的條件下,高分子的自由體積在玻璃化溫度以下時是固定不變的。但當溫度升高到玻璃化溫度之上時,分子鏈中的枝鏈活動激烈,高分子自由體積增大。相對于高分子分子鏈自身體積,此時自由體積相對較小,因此自由體積的變化對整體體積影響不是很明顯。因此在分子鏈沒有發生取向變化時,電鍍冷熱循環的溫度在80℃~-40 ℃之間轉換.溫度沒有超過材料的熱變形溫度90 ℃.自由體積變化較小,對整體體積影響不大,ABS材料整體體積變化不大,產生的拉脫力較。
               但當溫度上升到材料的熔融溫度之后。由于分子鏈動能增大擺脫了自由體積的限制,分子鏈之間可以發生位移,此時自由體積急劇增大。材料的整體體積明顯增大。而在冷卻的過程中,由于溫度從材料外部先降低,使得分子鏈動能變小,自由體積縮小,黏度增大.當溫度降到熔融溫度之下時,分子鏈不能發生位移,材料失去形變能力。但由于材料的熱傳導率較底,內部的材料還保持較高溫度。在內部材料冷卻的過程中,自由體積縮小造成內部材料整體體積有縮小的趨勢。但是由于外部材料已經定型,無法跟隨內部體積一起收縮。造成內部材料的分子鏈被拉直。由于分子鏈本身狀態是有一定彎曲度的,當分子鏈被拉直后其本身會產生恢復原來形態的力,這個力稱為材料的內應力。

          當材料內部和外部溫差越大,則分子鏈拉伸的程度越高,其產生的殘余應力越大。在常態下,由于應力的作用,分子鏈會緩慢的恢復原來的形態。使得材料的整體體積收縮。當材料再次獲得能量時,材料的收縮速度加快。 

          由于樹脂體積的收縮,產生與金屬鍍層的拉脫力。造成鍍層脫落。在注塑過程中通過補充材料來防止材料因體積收縮而引起應力。保壓工藝就是在材料冷卻收縮的過程中給型腔內補充材料。當保壓壓力過小或保壓速度過慢時,在材料冷卻收縮的過程中無法及時給產品內部補充材料,從而產生內應力.同時,模具溫度過低,造成材料冷卻過快,膠口封膠過快也會造成保壓不足,形成內應力。
              模具方面,在同樣的射膠速度的條件下,膠口越小剪切速率越高,這就是有點膠口的產品,容易在膠口附近出現應力問題的原因。模具型腔溫度和流道溫度越低,則材料流過時迅速冷卻,黏度升高。但由于塑膠材料本身熱傳導率較低,在接近管壁處,溫度差異較大。造成黏度差異和剪切速率較大,形成大的剪切場。因此,此處分子鏈沿流動方向上的取向嚴重。這就是表面應力產生的主要原因。
            總之 ABS材料與金屬鍍層之間的拉脫力主要是由于材料的殘余應力引起體積變化而造成的.因此,要減少拉脫力必須要消除產品殘余應力:內應力和表面應力.
             總結;注塑工藝中熔膠溫度,模具溫度,射膠速度和保壓壓力等對ABS電鍍效果影響非常大。升高熔膠溫度和模具溫度不但可以消除產品殘余應力,還有利于ABS材料中橡膠相的分散性?梢蕴岣唠婂冃阅。射膠速度過高會增大剪切速率,造成分子鏈取向嚴重,產生應力,也會加快橡膠粒子的徑向遷移,不利于其在材料表面的分散。降低電鍍性能。恰當的保壓壓力和時間可以很好的解決內應力問題 ,尤其是在膠口附近的殘余應力。

           

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